張 璐

(北京中色地科測(cè)繪有限公司, 北京 122000)

0 引言

無(wú)人機(jī)遙感在農(nóng)作物研究[1-3]、林草及動(dòng)物監(jiān)測(cè)研究[4-8]、災(zāi)害評(píng)估[9-10]等方面已經(jīng)廣泛應(yīng)用。在土地調(diào)查方面,王穎[11]、劉鎖珍[12]研究了無(wú)人機(jī)遙感影像在第三次土地調(diào)查中的應(yīng)用,何少林[13]研究了基于無(wú)人機(jī)遙感影像的土地信息提取及專題圖制作問(wèn)題,楊云輝[14]研究了基于無(wú)人機(jī)影像的田坎面向?qū)ο筇崛?wèn)題等。

由于第三次國(guó)土調(diào)查真正實(shí)施是2019年初開(kāi)始的,可見(jiàn)的研究文獻(xiàn)并不多,尤其在山區(qū)、高山區(qū)的應(yīng)用情況介紹更少。在第三次國(guó)土調(diào)查中,在高山區(qū)利用無(wú)人機(jī)輔助進(jìn)行地類的判別是本研究的重點(diǎn)。

1 無(wú)人機(jī)遙感影像獲取的過(guò)程

1.1 原始航片獲取

本研究選用瑞士SenseFly公司生產(chǎn)的電動(dòng)測(cè)繪型無(wú)人機(jī)Sensefly ebee。該機(jī)屬于固定翼無(wú)人機(jī),翼展96 cm,起飛重量630 g,航速36～57 km/h,飛行時(shí)長(zhǎng)45 min,相機(jī)像素16 MP。該機(jī)的航測(cè)系統(tǒng)包括操作平臺(tái)、通信系統(tǒng)以及航線規(guī)劃控制等模塊,并且具備無(wú)影像后處理功能,可囊括遙感影像生產(chǎn)全過(guò)程。

圖1給出了用Sensefly ebee獲取無(wú)人機(jī)原始航片的流程。其中像控點(diǎn)的平面坐標(biāo)是通過(guò)D級(jí)GPS(Global Position System)靜態(tài)測(cè)量獲取的;像片航向和旁向重疊度分別為(80±5)%和(40±5)%;原始航片的分辨率為0.08 m。

圖1 無(wú)人機(jī)原始航片獲取流程圖

1.2 影像數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)的處理大致步驟為:根據(jù)航攝影響和像控?cái)?shù)據(jù),經(jīng)過(guò)空三加密,利用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站采集特征線、高程點(diǎn),再根據(jù)采集成果匹配生成(Digital Elevation Model,DEM)。利用生成的DEM對(duì)航片進(jìn)行正射糾正,再進(jìn)行影像拼接融合,最終得到數(shù)字正射影像圖(Digital Orthographic Map,DOM)。全部生產(chǎn)流程見(jiàn)圖2。

圖2 DEM及DOM數(shù)據(jù)生產(chǎn)技術(shù)流程圖

2 實(shí)驗(yàn)區(qū)調(diào)查信息提取的結(jié)果比較分析

2.1 實(shí)驗(yàn)區(qū)概況

實(shí)驗(yàn)區(qū)位于貴州省黔南布依族苗族自治州獨(dú)山縣的麻萬(wàn)鎮(zhèn),見(jiàn)圖3,總面積141 km2,距廣西壯族自治區(qū)的南丹縣120 km,距黔南州的都勻市48 km,距貴陽(yáng)市198 km。

麻萬(wàn)鎮(zhèn)位于云貴高原中貴州至廣西壯族自治區(qū)丘陵的過(guò)渡地帶,整體呈箱裝背斜,比周邊地區(qū)高300～500 m,最高海拔為1 465 m,最低海拔為500 m,平均海拔850～1 100 m。實(shí)驗(yàn)區(qū)屬中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)性氣候,四季分明,年均氣溫15 ℃,氣候宜人。

2.2 三種調(diào)查方法信息提取的結(jié)果

本次實(shí)驗(yàn)基于無(wú)人機(jī)遙感影像(分辨率0.2 m)和SPORT6衛(wèi)星遙感影像(分辨率2 m)分別用人工解譯的方式提取同一調(diào)查區(qū)的信息,然后與外業(yè)調(diào)查后的標(biāo)準(zhǔn)成果進(jìn)行對(duì)比,從而分析兩種影像調(diào)查的準(zhǔn)確率和效率。利用SPORT6衛(wèi)星遙感影像、無(wú)人機(jī)遙感影像室內(nèi)解譯以及實(shí)地調(diào)查的成果分別見(jiàn)圖3～5。

圖3 實(shí)驗(yàn)區(qū)衛(wèi)星遙感影像內(nèi)業(yè)解譯成果

目視觀察可以看出,圖4和圖5較接近,圖3和圖5差異較大。

圖4 實(shí)驗(yàn)區(qū)無(wú)人機(jī)影像數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)解譯成果

圖5 實(shí)驗(yàn)區(qū)外業(yè)調(diào)查后成果

2.3 兩種影像解譯的錯(cuò)誤圖斑分布

將圖4與圖5、圖3與圖5疊加,通過(guò)疊加分析,得到利用2種遙感影像室內(nèi)解譯的不一致圖斑(錯(cuò)誤圖斑),可以看出,利用無(wú)人機(jī)遙感影像室內(nèi)解譯的錯(cuò)誤率(各地類綜合錯(cuò)誤率9.77%)明顯低于利用衛(wèi)星遙感影像室內(nèi)解譯的錯(cuò)誤率(各地類綜合錯(cuò)誤率14.35%)。

2.4 兩種數(shù)據(jù)源內(nèi)業(yè)解譯地類精度對(duì)比

將用2種數(shù)據(jù)源內(nèi)業(yè)解譯的地類圖斑數(shù)與外業(yè)實(shí)際調(diào)查的地類圖斑面積按一級(jí)類匯總,算出用2種數(shù)據(jù)源內(nèi)業(yè)解譯出現(xiàn)的錯(cuò)誤地類圖斑面積、解譯面積錯(cuò)誤率，結(jié)果列入表1,相應(yīng)的錯(cuò)誤率對(duì)比見(jiàn)圖6。

表1 內(nèi)業(yè)解譯與外業(yè)調(diào)查地類面積對(duì)比

圖6 內(nèi)業(yè)解譯錯(cuò)誤率分布柱狀圖

從表1和圖6可以看出,利用無(wú)人機(jī)影像解譯的地類面積精度高于用衛(wèi)星影像解譯的地類面積的精度。用無(wú)人機(jī)影像解譯的地類面積的準(zhǔn)確率總體達(dá)到了90.23%;用遙感影像解譯的地類面積的準(zhǔn)確率總體達(dá)到了85.65%。

4 結(jié)束語(yǔ)

本研究介紹了利用無(wú)人機(jī)獲取實(shí)驗(yàn)區(qū)地表原始影像的流程、DEM及DOM制作的流程、用無(wú)人機(jī)遙感影像與用衛(wèi)星遙感影像室內(nèi)解譯結(jié)果的對(duì)比情況。通過(guò)研究得出如下結(jié)論:(1)用無(wú)人機(jī)遙感影像室內(nèi)解譯地類的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于用衛(wèi)星遙感影像室內(nèi)解譯地類的精度;(2)在山區(qū),由于地面起伏比較大,無(wú)人機(jī)遙感影像的精度并不均勻,地類判讀的差錯(cuò)率依然較高;(3)在山區(qū),無(wú)人機(jī)用于國(guó)土調(diào)查難以代替外業(yè)核實(shí)。

無(wú)人機(jī)用于國(guó)土調(diào)查的主要作用是通過(guò)其影像判別地類。在山區(qū),由于受到地形的影響,無(wú)人機(jī)飛行的高度不可能太低,以防炸機(jī)。但無(wú)人機(jī)飛得太高,對(duì)地物判別的差錯(cuò)率又會(huì)變高。若要進(jìn)一步提高地類的判別精度,在無(wú)人機(jī)上搭載光譜儀獲取地表植被的光譜特征以輔助地類的判別,可作為進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究的課題。